Minħabba d-daqs u d-daqs żgħir, kważi m'hemm l-ebda standards eżistenti tal-bord taċ-ċirkwiti stampati għas-suq tal-IoT li jintlibes dejjem. Qabel ma ħarġu dawn l-istandards, kellna niddependu fuq l-għarfien u l-esperjenza tal-manifattura li tgħallimna fl-iżvilupp fil-livell tal-bord u naħsbu dwar kif napplikawhom għal sfidi emerġenti uniċi. Hemm tliet oqsma li jeħtieġu l-attenzjoni speċjali tagħna. Dawn huma: materjali tal-wiċċ taċ-ċirkwit, disinn RF / microwave u linji ta 'trasmissjoni RF.

Materjal tal-PCB

Il- "PCB" ġeneralment jikkonsisti minn laminati, li jistgħu jkunu magħmula minn epoxy rinforzat bil-fibra (FR4), materjali tal-polyimide jew Rogers jew materjali oħra tal-pellikola. Il-materjal iżolanti bejn is-saffi differenti jissejjaħ prepreg.

Apparat li jintlibes jeħtieġ affidabilità għolja, għalhekk meta d-disinjaturi tal-PCB jiġu ffaċċjati bl-għażla li jużaw FR4 (l-iktar materjal tal-manifattura tal-PCB kosteffikaċi) jew materjali aktar avvanzati u aktar għoljin, din issir problema.

Jekk l-applikazzjonijiet tal-PCB li jintlibsu jeħtieġu materjali ta 'frekwenza għolja b'veloċità għolja, FR4 jistgħu ma jkunux l-aħjar għażla. Il-kostanti dielettrika (DK) ta 'FR4 hija 4.5, il-kostanti dielettrika tal-materjal tas-serje Rogers 4003 aktar avvanzat huwa 3.55, u l-kostanti dielettrika tas-serje Brother Rogers 4350 hija 3.66.

"Il-kostanti dielettrika ta 'pellikola tirreferi għall-proporzjon tal-kapaċitanza jew l-enerġija bejn par ta' kondutturi ħdejn il-laminat mal-kapaċitanza jew l-enerġija bejn il-par ta 'kondutturi fil-vakwu. Fil-frekwenzi għoljin, huwa aħjar li jkollok telf żgħir. Għalhekk, Roger 4350, Roger 4350 b'kostanti dielettriċi ta' 3.66 huwa aktar adattat għal applikazzjonijiet ta 'frekwenza ogħla minn FR4 b'kostanti ta' frekwenza ogħla b'applikazzjonijiet ta 'frekwenza ogħla minn FR4 b'kustant dielettriku ta' 4.5.

Taħt ċirkostanzi normali, in-numru ta 'saffi tal-PCB għal apparati li jintlibsu jvarja minn 4 sa 8 saffi. Il-prinċipju tal-kostruzzjoni tas-saff huwa li jekk huwa PCB ta '8 saffi, għandu jkun kapaċi jipprovdi biżżejjed saffi ta' art u ta 'enerġija u sandwich is-saff tal-wajers. B'dan il-mod, l-effett ta 'tmewwiġ fil-crosstalk jista' jinżamm għal minimu u interferenza elettromanjetika (EMI) tista 'titnaqqas b'mod sinifikanti.

Fl-istadju tad-disinn tat-tqassim tal-bord taċ-ċirkwit, il-pjan tat-tqassim huwa ġeneralment li tpoġġi saff kbir tal-art qrib is-saff tad-distribuzzjoni tal-enerġija. Dan jista 'jifforma effett ta' tmewwiġ baxx ħafna, u l-istorbju tas-sistema jista 'wkoll jitnaqqas għal kważi żero. Dan huwa speċjalment importanti għas-subsistema tal-frekwenza tar-radju.

Meta mqabbel mal-materjal Rogers, FR4 għandu fattur ta 'dissipazzjoni ogħla (DF), speċjalment bi frekwenza għolja. Għal prestazzjoni ogħla FR4 laminati, il-valur DF huwa ta 'madwar 0.002, li huwa ordni ta' kobor aħjar minn FR4 ordinarju. Madankollu, il-munzell ta 'Rogers huwa biss 0.001 jew inqas. Meta l-materjal FR4 jintuża għal applikazzjonijiet ta 'frekwenza għolja, se jkun hemm differenza sinifikanti fit-telf ta' inserzjoni. Telf ta 'inserzjoni huwa definit bħala t-telf ta' enerġija tas-sinjal minn punt A għal punt B meta tuża FR4, Rogers jew materjali oħra.

Oħloq problemi

Il-PCB li jintlibes jeħtieġ kontroll ta 'impedenza aktar stretta. Dan huwa fattur importanti għal apparat li jintlibes. It-tqabbil ta 'impedenza jista' jipproduċi trasmissjoni ta 'sinjali aktar nadifa. Aktar kmieni, it-tolleranza standard għal traċċi tal-ġarr tas-sinjali kienet ta '± 10%. Dan l-indikatur ovvjament mhuwiex tajjeb biżżejjed għal ċirkwiti ta 'frekwenza għolja u veloċità għolja tal-lum. Ir-rekwiżit attwali huwa ± 7%, u f'xi każijiet anke ± 5% jew inqas. Dan il-parametru u varjabbli oħra jaffettwaw serjament il-manifattura ta 'dawn il-PCBs li jintlibsu b'kontroll ta' impedenza partikolarment strett, u b'hekk jillimita n-numru ta 'negozji li jistgħu jimmanifatturawhom.

It-tolleranza kostanti dielettrika tal-pellikola magħmula mill-materjali Rogers UHF hija ġeneralment miżmuma f '± 2%, u xi prodotti jistgħu saħansitra jilħqu ± 1%. B'kuntrast, it-tolleranza kostanti dielettrika tal-pellikola FR4 hija għolja daqs 10%. Għalhekk, tqabbel dawn iż-żewġ materjali jista 'jinstab li t-telf ta' inserzjoni ta 'Rogers huwa partikolarment baxx. Meta mqabbel ma 'materjali tradizzjonali FR4, it-telf ta' trasmissjoni u t-telf ta 'inserzjoni tal-munzell Rogers huma nofs inqas.

F'ħafna każijiet, l-ispiża hija l-iktar importanti. Madankollu, Rogers jista 'jipprovdi prestazzjoni ta' laminata ta 'frekwenza għolja relattivament baxxa f'punt ta' prezz aċċettabbli. Għal applikazzjonijiet kummerċjali, Rogers jista 'jsir fi PCB ibridu bi FR4 ibbażat fuq l-epossi, li xi saffi tagħhom jużaw materjal Rogers, u saffi oħra jużaw FR4.

Meta tagħżel munzell ta 'Rogers, il-frekwenza hija l-konsiderazzjoni primarja. Meta l-frekwenza taqbeż il-500MHz, id-disinjaturi tal-PCB għandhom it-tendenza li jagħżlu materjali Rogers, speċjalment għal ċirkwiti RF / microwave, minħabba li dawn il-materjali jistgħu jipprovdu prestazzjoni ogħla meta t-traċċi ta 'fuq huma kkontrollati strettament b'impedenza.

Meta mqabbel mal-materjal FR4, il-materjal Rogers jista 'jipprovdi wkoll telf dielettriku aktar baxx, u l-kostanti dielettrika tiegħu hija stabbli f'firxa ta' frekwenza wiesgħa. Barra minn hekk, il-materjal Rogers jista 'jipprovdi l-prestazzjoni ideali ta' telf ta 'inserzjoni baxxa meħtieġa minn operazzjoni ta' frekwenza għolja.

Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali (CTE) ta' materjali tas-serje Rogers 4000 għandu stabbiltà dimensjonali eċċellenti. Dan ifisser li meta mqabbel ma 'FR4, meta l-PCB jgħaddi minn ċikli ta' issaldjar kesħin, sħan u sħun ħafna, l-espansjoni termali u l-kontrazzjoni tal-bord taċ-ċirkwit jistgħu jinżammu f'limitu stabbli taħt frekwenza ogħla u ċikli ta 'temperatura ogħla.

Fil-każ ta 'stivar imħallat, huwa faċli li tuża t-teknoloġija tal-proċess ta' manifattura komuni biex tħallat ir-rogers u l-FR4 ta 'prestazzjoni għolja flimkien, u għalhekk huwa relattivament faċli li tinkiseb rendiment għoli ta' manifattura. Il-munzell Rogers ma jeħtieġx proċess speċjali permezz ta 'preparazzjoni.

FR4 komuni ma jistax jikseb prestazzjoni elettrika affidabbli ħafna, iżda materjali FR4 ta 'prestazzjoni għolja għandhom karatteristiċi ta' affidabbiltà tajba, bħal TG ogħla, li għadhom bi prezz relattivament baxx, u jistgħu jintużaw f'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet, minn disinn awdjo sempliċi għal applikazzjonijiet kumplessi ta' microwave.

Kunsiderazzjonijiet ta 'disinn RF / microwave

It-teknoloġija portabbli u l-Bluetooth wittew it-triq għal applikazzjonijiet RF / microwave f'apparat li jintlibsu. Il-firxa tal-frekwenzi tal-lum qed issir dejjem aktar dinamika. Ftit snin ilu, frekwenza għolja ħafna (VHF) ġiet definita bħala 2GHz ~ 3GHz. Imma issa nistgħu naraw applikazzjonijiet ta 'frekwenza ultra-għolja (UHF) li jvarjaw minn 10GHz sa 25GHz.

Għalhekk, għall-PCB li jintlibes, il-parti RF teħtieġ aktar attenzjoni għall-kwistjonijiet tal-wajers, u s-sinjali għandhom jiġu separati separatament, u t-traċċi li jiġġeneraw sinjali ta 'frekwenza għolja għandhom jinżammu' l bogħod mill-art. Konsiderazzjonijiet oħra jinkludu: Provvista ta 'filtru tal-bypass, kondensaturi ta' diżakkoppjar adegwati, ert, u t-tfassil tal-linja ta 'trasmissjoni u l-linja ta' ritorn li huma kważi ugwali.

Il-filtru tal-bypass jista 'jrażżan l-effett ta' tmewwiġ tal-kontenut tal-ħoss u l-crosstalk. Il-kapaċitaturi tad-diżakkoppjar jeħtieġ li jitpoġġew eqreb lejn il-labar tal-apparat li jġorru sinjali tal-qawwa.

Linji ta 'trasmissjoni b'veloċità għolja u ċirkwiti tas-sinjali jeħtieġu saff ta' l-art biex jitqiegħed bejn is-sinjali tas-saff tal-qawwa biex itaffi l-jitter iġġenerat minn sinjali tal-ħoss. F'veloċitajiet ta 'sinjal ogħla, nuqqas ta' qbil ta 'impedenza żgħira jikkawża trasmissjoni żbilanċjata u riċeviment ta' sinjali, li jirriżultaw f'distorsjoni. Għalhekk, għandha tingħata attenzjoni speċjali lill-problema ta 'tqabbil ta' impedenza relatata mas-sinjal tal-frekwenza tar-radju, minħabba li s-sinjal tal-frekwenza tar-radju għandu veloċità għolja u tolleranza speċjali.

Linji ta 'trasmissjoni RF jeħtieġu impedenza kkontrollata sabiex jittrasmettu sinjali RF minn sottostrat IC speċifiku għall-PCB. Dawn il-linji ta 'trasmissjoni jistgħu jiġu implimentati fuq is-saff ta' barra, is-saff ta 'fuq, u s-saff tal-qiegħ, jew jistgħu jiġu ddisinjati fis-saff tan-nofs.

Il-metodi użati waqt it-tqassim tad-disinn tal-PCB RF huma linja microstrip, linja ta 'strixxa f'wiċċ l-ilma, waveguide coplanar jew ert. Il-linja tal-microstrip tikkonsisti minn tul fiss ta 'metall jew traċċi u l-pjan ta' l-art kollu jew parti mill-pjan ta 'l-art direttament taħtha. L-impedenza karatteristika fl-istruttura ġenerali tal-linja tal-mikrostrip tvarja minn 50Ω sa 75Ω.

Floating Stripline huwa metodu ieħor ta 'wajers u soppressjoni tal-ħoss. Din il-linja tikkonsisti minn wajers ta 'wisa' fiss fuq is-saff ta 'ġewwa u pjan ta' l-art kbir 'il fuq u taħt il-konduttur taċ-ċentru. Il-pjan ta 'l-art huwa sandwiched bejn il-pjan ta' l-enerġija, u għalhekk jista 'jipprovdi effett ta' ert effettiv ħafna. Dan huwa l-metodu preferut għal wajers tas-sinjal RF PCB li jintlibsu.

Coplanar Waveguide jista 'jipprovdi iżolament aħjar ħdejn iċ-ċirkwit RF u ċ-ċirkwit li jeħtieġ li jressaq eqreb. Dan il-mezz jikkonsisti minn konduttur ċentrali u pjani tal-art fuq kull naħa jew taħt. L-aħjar mod biex tittrasmetti sinjali tal-frekwenza tar-radju huwa li tissospendi linji tal-istrixxi jew gwidi tal-mewġ koplanari. Dawn iż-żewġ metodi jistgħu jipprovdu iżolament aħjar bejn is-sinjal u t-traċċi tal-RF.

Huwa rrakkomandat li tuża l-hekk imsejħa "permezz ta 'ċint" fuq iż-żewġ naħat tal-waveguide coplanar. Dan il-metodu jista 'jipprovdi ringiela ta' Vias mitħun fuq kull pjan ta 'l-art tal-metall tal-konduttur taċ-ċentru. It-traċċa ewlenija li taħdem fin-nofs għandha ċnut fuq kull naħa, u b'hekk tipprovdi shortcut għall-kurrent tar-ritorn fl-art ta 'taħt. Dan il-metodu jista 'jnaqqas il-livell tal-ħoss assoċjat ma' l-effett ta 'tmewwiġ għoli tas-sinjal RF. Il-kostanti dielettrika ta '4.5 tibqa' l-istess bħall-materjal FR4 tal-prepreg, filwaqt li l-kostanti dielettrika tal-prepreg - minn microstrip, stripline jew offset stripline - hija ta 'madwar 3.8 sa 3.9.

F’xi apparati li jużaw pjan ta ’l-art, Vias għomja jista’ jintuża biex itejjeb il-prestazzjoni tad-diżakkoppjar tal-kapaċitatur tal-qawwa u jipprovdi triq shunt mill-apparat għall-art. It-triq ta 'shunt lejn l-art tista' tqassar it-tul tal-via. Dan jista 'jikseb żewġ skopijiet: inti mhux biss toħloq shunt jew art, iżda wkoll tnaqqas id-distanza ta' trasmissjoni ta 'apparati b'żoni żgħar, li huwa fattur ta' disinn RF importanti.